JPS63190106A - Device for producing powder - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To suppress the entering of impurities into powder produced and to increase the purity and productivity of the powder by generating arc with radially arranged three electrodes and a three-phase AC power source and by dropping droplets formed by melting the electrodes on a rotating disk. CONSTITUTION:This device for producing powder is composed essentially of radially arranged three electrodes 31, an arc generating means, a disk 34 placed under the electrodes 31 and a means 35 of rotating the disk 34. Arc 32 is generated by the arc generating means with the electrodes 31 and a three-phase AC power source to melt the opposite tips of the electrodes 31. The resulting droplets 33 are dropped on the disk 34, scattered and powdered 37 by the rotation of the disk 34.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は粉末冶金等に使用する金属粉末を製造する粉
末製造装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a powder manufacturing apparatus for manufacturing metal powder used in powder metallurgy and the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

粉末冶金は、金属又は合金の粉末を型に装入して加圧成
形し、次いでこの成形体を焼結させることにより金属製
品又は金属塊を製造する技術である。粉末冶金において
は、成分元素の偏析が起らないこと、難加工材料の製品
化が可能なこと、極めて微細な結晶組織を有する部材が
得られること、非平衡相を現出させることが可能なこと
等、溶融材では得ることができない種々の利点があり、
また、二次的な切削加工を省略できるという利点がある
。このため、粉末冶金に適用される種々の粉末製造技術
が開発されている。Powder metallurgy is a technology for manufacturing metal products or metal ingots by charging metal or alloy powder into a mold, press-molding it, and then sintering the molded body. In powder metallurgy, segregation of component elements does not occur, it is possible to commercialize materials that are difficult to process, it is possible to obtain parts with extremely fine crystal structures, and it is possible to make non-equilibrium phases appear. There are various advantages that cannot be obtained with molten materials, such as
Further, there is an advantage that secondary cutting can be omitted. For this reason, various powder manufacturing techniques applied to powder metallurgy have been developed.

この中で、噴霧法は、工業的規模での生産が可能であり
、比較的簡単な設備で粉末を製造することができるので
広く用いられている。Among these, the spray method is widely used because it allows production on an industrial scale and allows powder to be produced with relatively simple equipment.

噴霧法のうち代表的なものとしては、アルゴンガス噴霧
法及び真空噴霧法の２種類ある。第２図はアルゴンガス
噴霧法を示す模式図である。アルテンガス噴霧法におい
ては、容器２に貯留された溶湯１が、容器２の底部に設
けられたノズル３より流出し、流出する溶湯流にアルゴ
ンガス４を高エネルギで吹付けて溶湯を噴霧化すること
により粉体５を得る。There are two typical spraying methods: an argon gas spraying method and a vacuum spraying method. FIG. 2 is a schematic diagram showing the argon gas atomization method. In the alten gas atomization method, molten metal 1 stored in a container 2 flows out from a nozzle 3 provided at the bottom of the container 2, and argon gas 4 is sprayed with high energy into the flowing molten metal flow to atomize the molten metal. Powder 5 is obtained by doing this.

第３図は真空噴霧法を示す模式図である。真空噴霧法に
おいては、容器１２内の溶湯１１に高圧ガス１５を吹込
んで溶湯１１にガス１５を過飽和に含有させ、溶湯とガ
スの混合物を、ノズル１３を介して、適当な排気手段で
減圧された真空槽１４に放出させ、溶湯１１をガス１５
の膨張圧で噴霧飛散させることにより粉体１６を得る。FIG. 3 is a schematic diagram showing the vacuum spraying method. In the vacuum atomization method, high-pressure gas 15 is blown into the molten metal 11 in the container 12 to make the molten metal 11 supersaturated with the gas 15, and the mixture of molten metal and gas is depressurized through the nozzle 13 by an appropriate exhaust means. The molten metal 11 is discharged into a vacuum chamber 14 containing a gas 15.
Powder 16 is obtained by spraying and scattering at an expansion pressure of .

前記のガス噴霧法及び真空噴霧法と同様の生産規模で組
織が微細で均一な粉末を製造することができる方法とし
て急速凝固法がある。第４図は、急速凝固法を示す模式
図である。この急速凝固法においては、高周波コイル２
２に高周波電流を付与することにより容器２１内で金属
塊を溶解して生成した溶湯２３を高速回転するディスク
２４上に落下させ、このディスク２４の回転により溶湯
２３を飛散させる。そして、この飛散した溶湯２３を水
素ガス又はヘリウムガス等の熱伝導率の高い冷却媒体に
より急速凝固させる。A rapid solidification method is a method that can produce a powder with a fine structure and uniformity on a production scale similar to the gas atomization method and vacuum atomization method described above. FIG. 4 is a schematic diagram showing the rapid solidification method. In this rapid solidification method, the high frequency coil 2
A high-frequency current is applied to the metal block 2 to cause the molten metal 23 produced by melting the metal lump in the container 21 to fall onto a disk 24 rotating at high speed, and the rotation of the disk 24 causes the molten metal 23 to be scattered. Then, this scattered molten metal 23 is rapidly solidified using a cooling medium with high thermal conductivity such as hydrogen gas or helium gas.

他の粉末製造方法として回転電極法及び遠心造粒法があ
る。第５図は回転電極法を示す模式図である。回転電極
法においては、第５図に示すように、消耗電極３１と非
消耗電極３２の間にアーク３３を形成し、この際に、消
耗電極３１をモータ等の回転手段（図示せず）で高速に
回転させて、消耗電極３１が溶融して生成する液滴３４
を飛散させることにより粉体３５を得る。Other powder manufacturing methods include a rotating electrode method and a centrifugal granulation method. FIG. 5 is a schematic diagram showing the rotating electrode method. In the rotating electrode method, as shown in FIG. 5, an arc 33 is formed between a consumable electrode 31 and a non-consumable electrode 32, and at this time, the consumable electrode 31 is rotated by a rotating means (not shown) such as a motor. Droplets 34 generated by melting the consumable electrode 31 by rotating at high speed
A powder 35 is obtained by scattering.

第６図は遠心造粒法を示す模式図である。遠心造粒法に
おいては、アルゴンガス雰囲気下で回転可能に設置され
たるつぼ４１と、鉛直に設置された電極４２との間にア
ーク４３を形成し、るつぼ４１を水冷しながら回転させ
て電極４２が溶融して形成された液滴４４をるつぼ４１
内に滴下することにより、液滴４４を飛散させて粉末を
生成する。FIG. 6 is a schematic diagram showing the centrifugal granulation method. In the centrifugal granulation method, an arc 43 is formed between a crucible 41 that is rotatably installed in an argon gas atmosphere and an electrode 42 that is installed vertically, and the crucible 41 is rotated while being cooled with water. A droplet 44 formed by melting is placed in a crucible 41.
By dropping the liquid droplets 44 into the liquid, the liquid droplets 44 are scattered and powder is generated.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、アルゴンガス噴霧法の場合は、溶湯１を
貯留する容器２、ノズル３及び噴霧ガス４から不純物が
混入する虞があり、真空噴霧法及び急速凝固法の場合に
は夫々容器１２．２１から不純物が混入する虞があるた
め、高合金及び超合金用粉末等の高純度の粉末を製造す
ることが困難であるという問題点がある。However, in the case of the argon gas spray method, there is a risk that impurities may be mixed in from the container 2 storing the molten metal 1, the nozzle 3, and the spray gas 4, and in the case of the vacuum spray method and the rapid solidification method, impurities may be mixed in from the containers 12 and 21, respectively. There is a problem in that it is difficult to produce high purity powders such as powders for high alloys and superalloys due to the risk of contamination with impurities.

回転電極法及び遠心分離法の場合には、上述の方法の場
合に比較して少ないものの夫々非消耗電極３２及びるつ
ぼ４１からの不純物混入がある。In the case of the rotating electrode method and the centrifugation method, there is impurity contamination from the non-consumable electrode 32 and the crucible 41, respectively, although this is less than in the case of the above-mentioned methods.

また、これらの方法の場合には、製造速度が噴霧法より
極めて少なく、アルゴンガス噴霧法による製造量が１０
００　ｔｏｎ／年であるのに対し、この回転電極法によ
る製造量は１００Ｌｏｎ／年にすぎないという問題点が
ある。更に、従来の回転電極法及び遠心造粒法の場合に
は、夫々非消耗電極３２及び回転るつぼ４１を水冷して
おく必要があり、消費電力の５０％はこの水冷電極に奪
われるため粉末の製造効率が低く、エネルギ経済上極め
て不利である。更にまた、これらの方法では、得ようと
する合金でつくられた消耗電極３１．及び、水冷電極と
して作用するるつぼ４１は、粒径の小さい粉末を得るた
めに高速回転させる必要があるが、これらの電極を高速
で回転させるためには電極の加工精度上及び回転機構上
着しい困難性を伴う。In addition, in the case of these methods, the production rate is extremely lower than that of the spraying method, and the production amount by the argon gas spraying method is 10%.
00 tons/year, whereas the production amount by this rotating electrode method is only 100 tons/year. Furthermore, in the case of the conventional rotating electrode method and centrifugal granulation method, it is necessary to water-cool the non-consumable electrode 32 and the rotating crucible 41, respectively, and 50% of the power consumption is taken up by the water-cooled electrode, so the powder Manufacturing efficiency is low and it is extremely disadvantageous in terms of energy economy. Furthermore, in these methods, the consumable electrode 31. made of the alloy to be obtained. The crucible 41, which acts as a water-cooled electrode, needs to be rotated at high speed in order to obtain powder with a small particle size, but in order to rotate these electrodes at high speed, there are problems with the processing accuracy of the electrodes and the rotation mechanism. accompanied by difficulty.

この発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであって、
高合金及び超合金等に使用される高純度の粉末を、効率
良く、低コストで製造することができ、装置構成が機構
上簡単な粉末製造装置を提供することを目的とする。This invention was made in view of such circumstances, and
It is an object of the present invention to provide a powder manufacturing apparatus that can efficiently produce high-purity powder used for high alloys, superalloys, etc. at low cost, and has a mechanically simple configuration.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明に係る粉末製造装置は端部を等間隔に対向させて
配置された３本の電極と、この電極と３相交流電源によ
ってアークを形成させて電極の対向端部を溶融するアー
ク形成手段と、電極の対向端部区域の下方に配置された
ディスクと、ディスクを回転させる回転手段とを具備し
、前記電極が溶融してなる液滴を前記ディスク上に落下
させ、ディスクの回転により飛散させることを特徴とす
る。ここでいう１本の電極とは異なる材料の素材を組合
せて１本とした電極も含むものとする。The powder manufacturing apparatus according to the present invention includes three electrodes arranged with their ends facing each other at equal intervals, and arc forming means for forming an arc using the electrodes and a three-phase AC power source to melt the opposite ends of the electrodes. a disk disposed below the opposite end area of the electrode; and rotating means for rotating the disk, the droplets formed by the melting of the electrode falling onto the disk and being scattered by the rotation of the disk. It is characterized by causing The term "one electrode" as used herein also includes an electrode made by combining different materials.

〔作　用〕[For production]

この発明においては３本の電極にお互に位相が１２０°
づつ異った交流電流が流れ、これにともなって電極間に
アークが形成され、このアークにより電極が溶融して生
成した液滴を回転しているディスク上に落下させる。そ
うすると、この液滴はディスクの回転による遠心力によ
り周囲に飛敗し、瞬時に冷却して粉末となる。In this invention, the three electrodes have a mutual phase of 120°.
Different alternating currents flow through each electrode, causing an arc to be formed between the electrodes, which melts the electrodes and causes droplets to fall onto the rotating disk. Then, the droplets fly off to the surroundings due to the centrifugal force caused by the rotation of the disk, are instantly cooled, and become powder.

〔実施例〕〔Example〕

以下、添付図面を参照して、この発明について具体的に
説明する。第１図はこの発明の実施例に係る粉末製造装
置である。第１図（ａ）は平面、（ｂｌは側面を示す模
式図である。チャンバ５０は真空ポンプ等の排気手段（
図示せず）に接続されてお゛す、また、ガス導入口５２
が設けられていて、その内部は減圧下に、又は、ガス雰
囲気下例えばアルゴンガス若しくはヘリウムガス雰囲気
下に保持されるようになっている。Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a powder manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 1(a) is a plan view, and (bl is a schematic diagram showing a side view.) The chamber 50 is an evacuation means such as a vacuum pump (
(not shown), and the gas inlet 52
is provided, and its interior is maintained under reduced pressure or under a gas atmosphere, such as argon gas or helium gas atmosphere.

チャンバー５０内には例えば製造しようとする粉末と同
一組成の３本の電極３１がその長手軸が水平面内にあっ
て１つの交点をもち隣合う２軸の″なす角は等しく１２
０°になるように配置されている。電極として例えばＴ
ｉ−Ａ　１−Ｖ合金が使用される。この合金粉末は加圧
成形、焼結により製造される航空機部材の原料として注
目されている。第１図（ａ）に示す通りこの３木の電極
から３箇のターミナル５１が配線され、ここで３相交流
の電源に結合されて電極３１の間にアーク３２が形成さ
れるようになっている。アーク３２により電極３１の対
向端部が溶融し液滴３３が生成される。なお、第１図（
ｂ）には電源関係の配線は省略して図示していない。In the chamber 50, for example, there are three electrodes 31 having the same composition as the powder to be manufactured, their longitudinal axes are in a horizontal plane, they have one intersection, and the angles formed by two adjacent axes are equal to 12.
It is arranged so that the angle is 0°. For example, T as an electrode.
i-A 1-V alloy is used. This alloy powder is attracting attention as a raw material for aircraft parts manufactured by pressure forming and sintering. As shown in FIG. 1(a), three terminals 51 are wired from these three electrodes, and are connected to a three-phase AC power source so that an arc 32 is formed between the electrodes 31. There is. The arc 32 melts the opposing ends of the electrode 31 and forms a droplet 33 . In addition, Figure 1 (
In b), power supply-related wiring is omitted and not shown.

さらに３本の電極３１にはその長手軸を中心として回転
する回転装置、電極の対向端部の溶融による消耗に応じ
て電極相互間の間隔を一定に保持する制御駆動装置など
が備えられているが、これらの装置は回転電極法では良
く知られた装置であるので、図面を簡明にするため省略
されている。Furthermore, the three electrodes 31 are equipped with a rotating device that rotates around their longitudinal axes, a control drive device that maintains a constant distance between the electrodes as the opposing ends of the electrodes wear out due to melting, and the like. However, since these devices are well known in the rotating electrode method, they are omitted to simplify the drawing.

電極３１の対向端部の下方にはディスク３４が、その面
を上方に向けて回転可能に設置されており、回転装置３
５により、鉛直方向に延長する軸３６を中心として例え
ば、５．ＯＯＯ〜５０，０００　ｒｐｒｎの回転数で高
速回転されるようになっている。このディスク３４上に
前記液滴３３が落下するように構成されている。A disk 34 is rotatably installed below the opposite end of the electrode 31 with its surface facing upward.
For example, 5.5 is centered on the vertically extending axis 36. It is designed to rotate at a high speed of rotation of OOO~50,000 rprn. The liquid droplet 33 is configured to fall onto this disk 34.

このように構成された粉末製造装置においては、先ず、
３相交流電源がターミナル５１に給電されアーク３２を
形成し、このアーク３２により電極３１０対向端部を溶
融させる。電極に装備された長手軸を中心とする回転装
置により電極を回転させるので電極の溶融端面ば一様に
融解され、安定したアークと一定した溶解量が実現され
る。この電極３Ｉが溶融して生成した液滴３３は下方に
設置されたディスク３４上に滴下する。この場合に、デ
ィスク３４は、回転装置１３５により回転されているの
で、液滴３３はディスク３４に落下すると同時に、その
遠心力により飛散し、瞬時に冷却されて粉末３７となる
。このように、例えば、製造せんとする粉末と同一組成
の消耗電極を使用しているので、るつぼ及び非消耗電極
からの不純物混入がなく、粉末に対する汚染源が極めて
少ない。In the powder manufacturing apparatus configured in this way, first,
A three-phase AC power source is supplied to the terminal 51 to form an arc 32, which melts the opposite end of the electrode 310. Since the electrode is rotated by a rotating device centered on the longitudinal axis provided on the electrode, the melting end surface of the electrode is uniformly melted, and a stable arc and a constant amount of melting are achieved. A droplet 33 generated by melting the electrode 3I drops onto a disk 34 placed below. In this case, since the disk 34 is rotated by the rotating device 135, the droplets 33 fall onto the disk 34 and are scattered by the centrifugal force, and are instantaneously cooled into powder 37. In this way, for example, since a consumable electrode having the same composition as the powder to be manufactured is used, there is no contamination of impurities from the crucible and the non-consumable electrode, and the source of contamination of the powder is extremely small.

また、３本の電極がすべて消耗電極であるため製造速度
が速いと共に、非消耗電極を使用する場合のように一方
の電極を水冷する必要がないので、従来よりもエネルギ
効率が極めて良い。更に、電極又は水冷るつぼを高速回
転する必要がないので、装置の機構上簡単である。In addition, since all three electrodes are consumable electrodes, the manufacturing speed is fast, and since there is no need to water-cool one of the electrodes as is the case when non-consumable electrodes are used, energy efficiency is much better than in the past. Furthermore, since there is no need to rotate the electrode or the water-cooled crucible at high speed, the device is mechanically simple.

さらにまた電源として商用電源である３相交流を使用す
るので、従来技術で通常使われる直流へ変換する必要が
なく、電源関係費用を低減することができる。Furthermore, since three-phase AC, which is a commercial power source, is used as a power source, there is no need to convert it to DC, which is normally used in the prior art, and power-related costs can be reduced.

次に、この実施例により実際に粉末を製造した具体例に
ついて説明する。３本の電極の材料としてはいづれもＴ
ｉが９０ｗｔ％、ＡＪが６ｗｔ％、■が４ｗｔ％の合金
で直径８０鰭φの丸棒を使用した。Next, a specific example in which powder was actually manufactured using this example will be described. All three electrodes are made of T.
A round bar with a diameter of 80 fins and made of an alloy containing 90 wt% i, 6 wt% AJ, and 4 wt% ■ was used.

この電極に３５０ｋＶＡの３相交流の電源から２００Ｏ
Ａの電流を供給し、電極間にアークを形成させた。200O to this electrode from a 350kVA three-phase AC power supply.
A current of A was supplied to form an arc between the electrodes.

この場合の電極の溶解速度は４．３ｋｇ／分であった。The dissolution rate of the electrode in this case was 4.3 kg/min.

ディスクの回転速度を１５．００Ｏｒｐｍとして電極の
溶融液滴をディスク上に落下させたところ、液滴が周囲
に飛散し、平均粒径２００μ鍋の所望の合金粉末が得ら
れた。When the rotational speed of the disk was set to 15.00 Orpm and the molten droplets of the electrode were dropped onto the disk, the droplets were scattered around the disk, and the desired alloy powder with an average particle diameter of 200 μm was obtained.

上記の実施例では３本の電極はすべて同一組成のものと
したが、製造する合金の種類によっては３本の電極のう
ち少くとも１本を異なる組成の電極を用い、溶融した液
滴を高速回転するディスク上で混合し、これを飛散させ
て所望あ合金粉末を得ることも可能である。また、３本
の電極を複数組配置するようにしてもよい。更に各電極
は合金組成の一部を有する素材を組合せて構成されたも
のでもよい。。In the above example, all three electrodes were of the same composition, but depending on the type of alloy being manufactured, at least one of the three electrodes may have a different composition to move the molten droplet at high speed. It is also possible to obtain the desired alloy powder by mixing on a rotating disk and scattering this. Further, a plurality of sets of three electrodes may be arranged. Furthermore, each electrode may be constructed by combining materials having a part of the alloy composition. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

この発明によれば、るつぼ、ガス、及び非消耗電極から
不純物が混入する虞がないので、高純度の粉末を得るこ
とができる。また、３本の電極すべてに消耗電極を使用
するので、高生産速度を維持することができ、しかも電
極を水冷する必要がないのでエネルギ効率が良く、粉末
の製造コストを安くすることができる。更に、電極を高
速で回転させる必要がないので簡単な機構の装置で粉末
を得ることができる。更にまた、商用電源である３相交
流をそのまま使用するので電源費用を低減することがで
きる。According to the present invention, there is no possibility that impurities may be mixed in from the crucible, gas, and non-consumable electrode, so that highly pure powder can be obtained. Furthermore, since consumable electrodes are used for all three electrodes, a high production rate can be maintained, and there is no need to water-cool the electrodes, resulting in good energy efficiency and lower powder manufacturing costs. Furthermore, since there is no need to rotate the electrode at high speed, the powder can be obtained using a device with a simple mechanism. Furthermore, since three-phase AC, which is a commercial power source, is used as is, power supply costs can be reduced.

を示す説明図、第２図乃至第６図はそれぞれ異なる従来
の粉末製造装置を示す説明図である。FIGS. 2 to 6 are explanatory views showing different conventional powder manufacturing apparatuses.

３１・・・電極、３２・・・アーク、３３・・・液滴、
３４・・・ディスク、３５・・・回転装置、３７・・・
粉末、５゜・・・チャンバ、５１・・・３相交流電源の
ターミナル、５２・・・ガス導入孔。31... Electrode, 32... Arc, 33... Droplet,
34... Disc, 35... Rotating device, 37...
Powder, 5°...Chamber, 51...3-phase AC power supply terminal, 52...Gas introduction hole.

出願人代理人　　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図Applicant's agent: Patent attorney Takehiko Suzue Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 端部を等間隔に対向させて配置された３本の電極と、こ
の電極と３相交流電源によってアークを形成させて電極
の対向端部を溶融するアーク形成手段と、電極の対向端
部区域の下方に配置されたディスクと、ディスクを回転
させる回転手段とを具備し、前記電極が溶融してなる液
滴を前記ディスク上に落下させ、ディスクの回転により
飛散させることを特徴とする粉末製造装置。three electrodes arranged with their ends facing each other at regular intervals; an arc forming means for forming an arc using the electrodes and a three-phase AC power source to melt the opposite ends of the electrodes; and opposing end areas of the electrodes. A powder manufacturing method comprising: a disk disposed below the disk; and a rotating means for rotating the disk; droplets formed by melting the electrode fall onto the disk and are scattered by rotation of the disk. Device.